PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM
PELLET
TEKAN
ASAL LAMPUNG SELATAN YANG DIAKTIVASI NaOH
–
FISIK
TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4-LANGKAH
Oleh
Nohan Uka Satwika
0415021078
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
ABSTRAK
PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PELLET TEKAN ASAL
LAMPUNG SELATAN YANG DIAKTIVASI NaOH – FISIK TERHADAP
PRESTASI MOTOR DIESEL 4-LANGKAH Oleh
Nohan Uka Satwika
Pada suatu proses pembakaran dalam motor diesel dibutuhkan dua komponen utama yaitu bahan bakar dan udara, dimana campuran udara dan bahan bakar akan menentukan baik atau tidaknya proses pembakaran tersebut. Udara merupakan salah satu komponen penting yang dibutuhkan pada proses pembakaran. Udara mengandung banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, uap air, karbon dioksida, karbon monoksida, serta sedikit gas lain. Untuk lebih memaksimalkan proses pembakaran perlu adanya penyaringan udara pembakaran agar diperoleh udara dengan kandungan nitrogen, hidrogen, dan gas-gas lain yang mengganggu proses pembakaran lebih sedikit. Daya adsorb dari zeolit dapat dimanfaatkan untuk menyaring udara yang masuk ke ruang bakar dan diharapkan dapat mengurangi kadar nitrogen yang masuk ke dalam ruang bakar sehingga konsentrasi panas yang ada pada ruang bakar dapat lebih maksimum untuk menguraikan oksigen dan bahan bakar, dengan demikian pembakaran dapat lebih maksimum dan meningkatkan kinerja mesin. Pada saat diaplikasikan pada kendaraan bermotor dengan kapasitas besar, zeolit yang masih berbentuk granular
mengalami pengikisan akibat laju aliran udara tinggi yang melaluinya sehingga dan dapat mengotori saringan udara. Oleh karena itu, penelitian ini mengkaji penggunaaan zeolit berbentuk tablet (zeolit pellet) yang diaktivasi NaOH-Fisik sehingga dapat menjadikan zeolit lebih padat sehingga tidak terjadi pengikisan. Penelitian ini mengambil 3 variasi kerapatan zeolit pellet (kerapatan 2 gram, 2,3 gram, dan 2,5 gram), 3 variasi berat zeolit pellet (25 gram, 50 gram dan 100 gram) serta variasi penggunaan zeolit pellet tekan alami dan zeolit pellet tekan yang diaktivasi fisik. Awalnya zeolit alami serbuk dicampur dengan air aquades dan NaOH, lalu dicetak dan dikeringkan dengan alami kemudian diaktivasi fisik (dipanaskan pada temperatur 325oC selama 2 jam). Setelah itu, zeolit pellet
dimanfaatkan untuk menyaring udara pembakaran guna meningkatkan prestasi motor diesel 4-langkah. Proses terakhirnya adalah uji kekerasan untuk mengetahui besar nilai kekerasan zeolit pellet tersebut.
Nilai kekerasan terbaik diperoleh sebesar 5,6 HVN pada penggunaan zeolit pellet
2,3 gr yang diaktivasi NaOH-fisik, dibandingkan dengan nilai kekerasan pellet 2 gr dan pellet 2,5 gr adalah 4,775 dan 4,725 HVN. Peningkatan daya engkol terbaik diperoleh pada 2,3 gr dan putaran 2500 rpm, yakni 11,064 %. Penurunan konsumsi bahan bakar spesifik terbaik terjadi pada pellet 2,5 gr dan putaran 3000 rpm, yakni 11,194 %.
PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM
PELLET
TEKAN
ASAL LAMPUNG SELATAN YANG DIAKTIVASI NaOH - FISIK
TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4 - LANGKAH
Oleh
Nohan Uka Satwika
0415021078
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
Judul Skripsi : PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PELLET TEKAN ASAL LAMPUNG SELATAN YANG DIAKTIVASI NaOH - FISIK TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4 - LANGKAH
Nama Mahasiswa : Nohan Uka Satwika
Nomor Pokok Mahasiswa : 0415021078
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Ir. Herry Wardono, M.Sc. Harnowo, S.T., M.T.
NIP. 196608221995121001 NIP. 196909091997031002
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dr. Asnawi Lubis
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua Penguji : Ir. Herry Wardono, M.Sc. ...
Anggota Penguji : Harnowo, S.T., M.T. ...
Penguji Utama : M. Irsyad, S.T., M.T. ...
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
Dr. Lusmeilia Afriani NIP 196505101993032008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang, Bandar Lampung pada tanggal 20 Agustus 1986, sebagai anak ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan Alm, Drs, Budhiyono dan Amanah.
Pendidikan di Taman Kanak-kanak YWKA Pasir Gintung diselesaikan pada tahun 1991, Pendidikan di Sekolah Dasar Negeri 1 Pasir Gintung diselesaikan pada tahun 1997, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 10 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2000, Sekolah Menengah Umum Negeri 9 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2003 dan pada tahun 2004 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).
Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten Praktikum Menggambar Mesin, asisten Praktikum Motor Bakar, asisten Praktikum Thermodinamika, dan pernah menjadi Ketua Bidang Minat dan Bakat di organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM). Penulis mengambil konsentrasi mata kuliah pada bidang Konversi Energi. Pada bulan Agustus 2008 penulis melakukan penelitian dengan judul Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Alam
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR... vi
I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Penelitian ... 6
C. Batasan Masalah... 6
D. Hipotesa... 7
E. Sistematika Penulisan ... 8
II TINJAUAN PUSTAKA A. Motor Bakar ... 9
B. Motor Diesel ... 10
C. Zeolit ... 13
1. Pembentukan Zeolit di Alam ... 14
2. Kelebihan dari Zeolit ... 15
3. Aktivasi Zeolit ... 20
D. Pembuatan Zeolit Pelet ... 23
ii
F. Perhitungan Prestasi Motor Bakar ... 27
1. Daya Engkol... 28
2. Laju Pemakaian Bahan Bakar ... 28
3. Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Engkol ... 28
G. Kekerasan (Hardness) ... 29
III METODOLOGI PENELITIAN A. Alat dan Bahan Pengujian ... 30
1. Spesifikasi Motor Diesel 4-Langkah ... 30
2. Alat yang Digunakan ... 31
3. Bahan Utama ... 36
B. Persiapan Zeolit ... 37
C. Prosedur Pengaktivasian Zeolit... 37
D. Pencetakan Zeolit Menjadi Pellet ... 38
E. Prosedur Pengujian pada Mesin Diesel 4-tak 1 Silinder ... 40
1. Pengkalibrasian Torsimeter TD114 ... 40
2. Variabel-Variabel Operasi... 40
F. Prosedur Pengujian Leco Microhardness ... 41
iii
2. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik
terhadap Daya Engkol (kW) ... 53 a. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
25 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 53 b. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
50 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 55 c. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
100 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 56 d. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet terhadap Daya Engkol
( kW) pada Nilai Terbaik ... 57 e. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Pemanfaatan
Zeolit Pellet terhadap Daya Engkol (kW) ... 58
3. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) ... 59 a. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
25 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
(kg/kWh) ... 59 b. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
50 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
(kg/kWh) ... 61 c. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
100 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
iv
d. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) pada
Nilai Terbaik ... 63 e. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Pemanfaatan
Zeolit Pellet terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar
Spesifik (kg/kWh) ... 64 4. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi Pellet yang
diaktivasi NaOH-Fisik terhadap Nilai Kekerasan (HVN)... 65 5. Pengaruh Variasi Aktivasi terhadap Nilai Kekerasan HVN ... 67 6. Pengaruh Nilai Kekerasan (HVN) Terhadap Daya Engkol
(kW) pada Nilai Terbaik ... 68 7. Pengaruh Nilai Kekerasan (HVN) terhadap Laju Pemakaian
Bahan Bakar (kg/kWh) pada Nilai Terbaik ... 70
V SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 72 B. Saran ... 73
DAFTAR PUSTAKA
… Dan orang-orang yang ilmunya mendalam berkata, “Kami beriman kepadanya (Al
-Qur’an) semuanya dari sisi Tuhan kami”. Tidak ada yang mendapat mengambil pelajaran
kecuali orang yang berakal. (03:07)
Mereka itulah orang-orang yang sia-sia pekerjaannya di dunia dan di akhirat, dan mereka
tidak memperoleh penolong. (03:22)
Bertumbuhlah seperti padi, dimana semakin berisi, maka semakin merunduk pula
dirinya.
Dengan segala kerendahan hati,
kupersembahkan skripsi ini yang tidak sebanding seujung kukupun,
untuk;
Alm. Drs. Budhiyono
Bapak nan kuat dengan kearifan dan kepemimpinannya, menyangga
tanggung jawab seberat itu hingga akhir hayat,
semoga menjadi penghuni abadi Surga-Nya.
Amanah
Ibunda sejati dengan ketulusan, ketabahan, ketegaran, kasih sayang,
dan perhatiannya tanpa kepalsuan sedikitpun.
Mbak Ana, Mas Yoyok, Wiwik, Fiki, Daniel,
saudara kandung dan keponakan yang tanpa sadar menjadi motivator
terhebat.
Keluarga Paman
Ahmad Syafe’I, S.Pd.,
atas segala dukungannya dalam bentuk apapun.
Keluarga Paman Marsudi,
atas dorongan dan semangatnya.
Segenap Bapak/Ibu Pengajar dan Karyawan, serta Civitas Akademika
Teknik Mesin Unila, Solidarity Forever!!!
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Data Hasil Pengujian ... 38
2. Data Hasil Pengujian Penelitian ... 41
3. Hasil Perhitungan ... 42
SANWACANA
Assalamu'alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillaahirabbil'aalamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ″Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Alam Pellet Tekan Asal Lampung Selatan yang Diaktivasi NaOH-Fisik terhadap Prestasi Motor Diesel 4-Langkah″. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Dr. Lusmeilia Afriani, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3. Bapak Ir. Herry Wardono, M.Sc. selaku Pembimbing Utama yang telah memberikan bimbingan, saran, dan kritik selama proses penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Harnowo S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak M. Irsyad, S.T., M.T., selaku dosen Pembahas sekaligus yang telah memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.
6. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal pada kampus berikutnya, yakni universitas kehidupan.
7. Emak tercinta atas kesabaran, yang selalu mengingatkan, petuah, do’a siang dan malam, dan tulusnya kasih sayang.
8. Kakakku, Diana Budi Setyaningsih, S.Sos., Dian Kurniadi Hendra Wijaya, S.P., dan Adikku, Satwika Kin Kin Darojatun, serta keponakanku (Fiki Najaba dan Danil Haq) yang senantiasa memberikan do’a, semangat, dukungan, dan sebagai motivasi yang menguatkan.
9. A’a Agus Aopik sebagai teman satu team Tugas Akhir dan Nurhadi sebagai rekan seperjuangan.
10. Teh Ade dan Aa' Cecep, terima kasih atas tempat tinggalnya selama di Bandung.
12. Mas Agus, Mas Joko, Bang Dirman dan Tim Motor Bakar (Doran, Leo, Rudi, Wachid, Yuli, Ricky) sebagai rekan yang telah banyak membantu penulis dalam melaksanakan pengujian dan penyelesaian skripsi ini.
13. Teman-teman seperjuangan di Teknik Mesin Unila angkatan 2004, Adit, Ageng, Ardi, Arif, Aris, Baihaki, Barahim, Cahyo, Chandra, Dani,
Dasril, Dodi, Fa'i, Fransisco, Gede, Hanggoro, Hardi, Harry, Harun, Hengki, Intan, Laila, Laprie, Maridho, Martion, Muksin, Puput, Rastra, Rendi, Rendi Ali, Ridwan, Simon, Suwardi, Thahir, Yusro atas segala bantuannya baik dalam menyiapkan seminar penulis maupun yang lainnya, Solidarity Forever!!!
14. Rekan-rekan Komunitas Mesin seluruh angkatan, semoga kebersamaan ini tetap terjaga sesuai motto Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin.
15. Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian laporan ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih ada kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua, Amin.
Bandar Lampung, April 2010 Penulis
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Diagram P – V dari Siklus Tekanan Konstan ... 12
2. Siklus Mesin Diesel 4 Langkah (Shell. 2005)... 13
3. Struktur Bangun Ruang Zeolit Jenis Klinoptilolit ... 15
4. Proses Adsorpsi Udara oleh Zeolit ... 24
5. Motor Diesel ROBIN – FUJI DY23D ... 28
6. Unit Instrumentasi TD 114 ... 29
7. Rangkaian Alat Uji dan Unit Instrumentasi ... 29
8. (a) Cetakan Zeolit Pellet Tekan Bagian Atas ... 30
(b) Cetakan Zeolit Pellet Tekan Bagian Bawah ... 30
9. Beban ... 30
10. Timbangan Digital ... 31
11. Sarung Tangan Karet ... 31
12. Tachometer ... 31
13. Alat Pengujian Kekerasan Leco MicroHardness ... 32
14. Gelas Ukur ... 32
15. Furnace ... 33
16. Diagram Alir Persiapan dan Pengaktivasian ... 36
vii
18. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Daya Engkol dengan Berat 25 gr ... 48 19. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Daya Engkol dengan Berat 50 gr ... 50 20. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Daya Engkol dengan Berat 100 gr ... 51 21. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Daya Engkol (kW) pada Nilai Terbaik ... 52 22. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Berat Zeolit Pellet
yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap Daya Engkol (kW) ... 53 23. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) dengan Berat 25 gr 55 24. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh)dengan Berat 50 gr . 56 25. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) dengan Berat 100 gr 57 26. Pengaruh Berat Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) pada Nilai Terbaik 58 27. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Berat Zeolit Pellet
yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar
Spesifik (kg/kWh) pada Nilai Terbaik ... 59 28. Pengaruh Berat Zeolit Pellet terhadap Nilai Kekerasan ... 61 29. Pengaruh Variasi Aktivasi terhadap Nilai Kekerasan ... 62 30. Pengaruh Nilai Kekerasan terhadap Daya Engkol (kW) pada
viii
31. Pengaruh Nilai Kekerasan terhadap Laju Pemakaian
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR... vi
I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ... 1 B. Tujuan Penelitian ... 6 C. Batasan Masalah... 6 D. Hipotesa... 7 E. Sistematika Penulisan ... 8
II TINJAUAN PUSTAKA
A. Motor Bakar ... 9 B. Motor Diesel ... 10 C. Zeolit ... 13
ii
F. Perhitungan Prestasi Motor Bakar ... 27
1. Daya Engkol... 28 2. Laju Pemakaian Bahan Bakar ... 28 3. Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Engkol ... 28 G. Kekerasan (Hardness) ... 29
III METODOLOGI PENELITIAN
A. Alat dan Bahan Pengujian ... 30 1. Spesifikasi Motor Diesel 4-Langkah ... 30 2. Alat yang Digunakan ... 31 3. Bahan Utama ... 36 B. Persiapan Zeolit ... 37 C. Prosedur Pengaktivasian Zeolit... 37 D. Pencetakan Zeolit Menjadi Pellet ... 38 E. Prosedur Pengujian pada Mesin Diesel 4-tak 1 Silinder ... 40 1. Pengkalibrasian Torsimeter TD114 ... 40 2. Variabel-Variabel Operasi... 40 F. Prosedur Pengujian Leco Microhardness ... 41
iii
2. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik
terhadap Daya Engkol (kW) ... 53 a. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
25 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 53 b. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
50 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 55 c. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
100 gram terhadap Daya Engkol (kW) ... 56 d. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet terhadap Daya Engkol
( kW) pada Nilai Terbaik ... 57 e. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Pemanfaatan
Zeolit Pellet terhadap Daya Engkol (kW) ... 58
3. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi NaOH-Fisik terhadap
Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) ... 59 a. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
25 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
(kg/kWh) ... 59 b. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
50 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
(kg/kWh) ... 61 c. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet dengan Berat
100 gram terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
iv
d. Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pellet terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (kg/kWh) pada
Nilai Terbaik ... 63 e. Persentase Peningkatan Terbaik dari Pengaruh Pemanfaatan
Zeolit Pellet terhadap Laju Pemakaian Bahan Bakar
Spesifik (kg/kWh) ... 64 4. Pengaruh Zeolit Pellet yang diaktivasi Pellet yang
diaktivasi NaOH-Fisik terhadap Nilai Kekerasan (HVN)... 65 5. Pengaruh Variasi Aktivasi terhadap Nilai Kekerasan HVN ... 67 6. Pengaruh Nilai Kekerasan (HVN) Terhadap Daya Engkol
(kW) pada Nilai Terbaik ... 68 7. Pengaruh Nilai Kekerasan (HVN) terhadap Laju Pemakaian
Bahan Bakar (kg/kWh) pada Nilai Terbaik ... 70
V SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 72 B. Saran ... 73
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pembuatan mesin pada awalnya bertujuan untuk memberikan kemudahan dalam aktifitas yang diluar kemampuan manusia. Umumnya mesin merupakan suatu alat yang berfungsi untuk merubah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Kebanyakan mesin yang digunakan pada saat ini berjenis mesin kalor atau mesin yang memanfaatkan panas pembakaran bahan bakar. Mesin kalor adalah suatu peralatan yang merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi panas selanjutnya energi panas ini digunakan untuk melakukan kerja yang berguna. Dengan kata lain, energi kimia bahan bakar dirubah menjadi energi mekanis di dalam mesin kalor ini.
Motor bakar siklus Diesel (motor bakar diesel) merupakan salah satu jenis dari mesin kalor pembakaran dalam yang cukup banyak diaplikasikan pada transportasi darat dan air. Sementara minyak bumi sebagai bahan bakar motor cadangannya terus menipis dikarenakan laju pemakaian yang tinggi, dan ditambah lagi dengan polutan yang ditimbulkan akan mencemari lingkungan, polutan yang utama yang dikeluarkan motor diesel adalah CO, NOx, dan UHC. Oleh karena itu,
2
Ini merupakan masalah bersama terkait global warming yang sedang menjadi isu dunia yang salah satu solusinya adalah dengan aplikasi zeolit ini. Pembakaran sangat berperan penting dalam kinerja motor diesel karena dari pembakaran dihasilkan energi, yang berasal dari gas pembakaran bahan bakar. Semakin banyak bahan bakar yang terbakar maka akan semakin baik kerja dari motor tersebut.
Pada suatu proses pembakaran dalam motor diesel dibutuhkan dua komponen utama yaitu bahan bakar dan udara, dimana campuran udara dan bahan bakar akan menentukan baik atau tidaknya proses pembakaran tersebut. Udara merupakan salah satu komponen penting yang dibutuhkan pada proses pembakaran. Udara mengandung banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, uap air, karbon dioksida, karbon monoksida, serta sedikit gas lain. Jumlah molekul gas nitrogen dalam udara memiliki jumlah terbesar (78 %) dibanding jumlah oksigen (21 %), sedangkan 1 % lainnya adalah uap air dan kandungan gas-gas lain (Wikipedia Foundation, 2008).
3
lebih maksimum untuk menguraikan oksigen dan bahan bakar, dengan demikian pembakaran dapat lebih maksimum dan meningkatkan kinerja mesin.
Keberadaan unsur selain oksigen menggangu proses pembakaran karena panas hasil kompresi juga diambil oleh unsur pengganggu (N2, H2O dll.). Akibatnya,
oksigen dan bahan bakar menerima panas lebih kecil, dengan demikian gas yang dihasilkan (CO2 dan H2O) juga semakin kecil. Zeolit granular dapat digunakan
untuk mengurangi kadar gas N2 dan H2O dalam udara. Akan tetapi zeolit granular
menghasilkan kotoran berupa serbuk yang dapat merusak komponen mesin.
Untuk itu penulis melakukan penelitian pengaruh pemanfaatan zeolit alam pellet
tekan asal Lampung Selatan yang diaktivasi NaOH-fisik terhadap prestasi motor diesel 4-langkah. Aktivasi Naoh-fisik dilakukan karena pada penelitian sebelumnya telah terbukti meningkatkan luas permukaan pori-pori zeolit. Sebenarnya ada dua basa kuat lagi selain NaOH, yakni CaOH dan KOH. Untuk kalsium hidroksida (CaOH) tidak dapat larut dalam air, sehingga tidak dapat dilakukan. Sedangkan, kalium hidroksida (KOH) belum ada peneliti yang menggunakannya sebagai aktivator pada zeolit, sehingga tidak ada hasil yang jelas, tidak seperti natrium hidroksida (NaOH) yang telah terbukti.
4
24,57) sebesar 27,06 m2/g. Peningkatan ukuran pori juga diikuti peningkatan luas permukaan dan volume pori secara berturut-turut adalah 43,74 m2/g dan 59,18 x 10-3 cc/g.
Berdasarkan penelitian Yuliani (2009), luas permukaan pori-pori zeolit dapat bertambah lebih luas bila diaktivasi basa dibandingkan aktivasi asam, sehingga penyaringan udara dapat lebih optimal. Aktivasi asam dengan menggunakan H2SO4 0,2 N yang dilanjutkan dengan pemanasan pada suhu 250 oC selama 3 jam, dan pemanasan pada suhu 500 oC selama 4 jam. Aktivasi Basa dengan menggunakan NaOH 0,5 N yang dilanjutkan pemanasan pada suhu 250 oC selama 3 jam, dan pemanasan pada suhu 500 oC selama 4 jam. Luas area spesifik zeolit alam dari Malang pada ukuran partikel 150 mesh tanpa aktivasi, aktivasi fisika, aktivasi asam, dan aktivasi basa adalah 30.9636, 34.4960, 25.3959, 27.0741 m2/g. Aktivasi asam dan basa, yang dilanjutkan dengan pemanasan pada 500 oC selama 4 jam memberikan luas area spesifik 32,2064 m2/g untuk aktivasi asam dan 39,4962 m2/g untuk aktivasi basa.
5
Menurut Susila (2006), penggunaan zeolit yang diaktivasi kimia menghasilkan penurunan bsfc terbaik diberikan oleh zeolit berukuran 0,5 mm yang diaktivasi NaOH dengan berat 100 gram pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 0,0247 kg/kWh (10,75 %) sedangkan peningkatan daya engkol dengan zeolit berukuran 0,5 mm yang diaktivasi NaOH dengan berat 200 gram pada putaran 1500 rpm yaitu sebesar 0,146 kW (9,14 %).
Penelitian Doran (2008) yang berjudul; pengaruh penggunaan zeolit pellet perekat yang diaktivasi fisik terhadap prestasi mesin diesel 4 langkah. Kemampuan zeolit
pellet aktivasi fisik dalam meningkatkan kinerja motor diesel juga dibuktikan melalui penelitian ini. Peningkatan daya engkol terbaik diperoleh sebesar 0,172 kW (11,389 %) pada penggunaan zeolit pellet berat 150 gram, temperatur aktivasi 225 °C, waktu pemanasan 2 jam dan putaran 2000 rpm. Penurunan konsumsi bahan bakar spesifik terbaik terjadi dengan menggunakan zeolit pellet berat 150 gram, temperatur aktivasi 225 °C, waktu pemanasan 2 jam pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 0,028 kg/kWh (14,516 %).
6
(7,976 %) terjadi pada putaran 3000 rpm dan berat 50 gram dengan dengan berat
pellet 2,3 gram.
Dengan acuan beberapa penelitian sebelumnya yang pernah dilakukan, maka pada penelitian ini, penulis ingin mengkaji pengaruh zeolit aktivasi NaOH-fisik yang dibentuk pellet tekan tanpa zat perekat (hanya serbuk zeolit murni) pada temperatur dan waktu pemanasan optimum, yakni pada 325 ºC selama 2 jam (Mahdi, 2006) terhadap peningkatan daya engkol dan penurunan konsumsi bahan bakar spesifiknya.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melihat pengaruh zeolit pellet yang diaktivasi NaOH-fisik terhadap kinerja motor diesel 4 langkah berdasarkan:
1. Berat zeolit pellet.
2. Putaran mesin dari motor diesel. 3. Perbandingan dengan zeolit granular.
C. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah yang dibahas dibatasi pada:
1. Mesin yang digunakan adalah motor diesel 4-langkah 1 silinder yang terdapat pada laboratorium motor bakar dan propulsi jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
7
3. Pengaruh zeolit dibentuk pellet dengan aktivasi secara NaOH-fisik hanya terhadap daya engkol dan konsumsi bahan bakar spesifik.
4. Pengaruh ukuran penampang dan getaran tidak dibahas dalam penulisan ini.
D. Hipotesa
Dengan memberikan aktivasi secara NaOH-fisik pada zeolit pellet, maka dapat menambah luas spesifik pori-pori zeolit sehingga pusat aktif untuk mengikat nitrogen juga bertambah. Akibatnya, daya adsorb zeolit terhadap gas nitrogen dan uap air dalam udara yang masuk ke ruang bakar motor diesel semakin tinggi dibanding zeolit alami. Dengan demikian, energi panas yang diterima oleh oksigen dan bahan bakar pada langkah kompresi juga bertambah, akibatnya proses pembakaran pada motor diesel menjadi lebih baik (kinerja mesin meningkat). Perapatan zeolit alami yang dibentuk menjadi pellet kemungkinan dapat mengurangi daya adsorb zeolit karena permukaan kristal zeolit menjadi lebih kecil (padat). Akan tetapi, pembuatan zeolit bentuk pellet dengan tekanan yang tepat, diperkirakan hanya mengurangi daya adsorb zeolit yang tidak signifikan. Sehingga zeolit ini masih mampu meningkatkan prestasi mesin dengan baik (menyamai zeolit granular).
E. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dari penelitian ini adalah:
I. PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, hipotesa, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
8
Memuat tentang teori dasar motor bakar diesel 4-langkah, teori pembakaran, zeolit dan aktivasi zeolit.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Membahas data-data yang diperoleh pada pengujian kinerja motor diesel 4-langkah.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian ini.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Motor Bakar
Motor bakar adalah salah satu bagian dari mesin kalor yang berfungsi untuk mengkonversi energi thermal hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi mekanis. Motor bakar pada umumnya dibedakan menjadi dua:
1. Motor bensin
Yang menjadi ciri utama dari motor bensin adalah proses pembakaran bahan bakar yang terjadi di dalam ruang silinder pada volume tetap. Proses pembakaran pada volume tetap ini disebabkan pada waktu terjadi kompresi, dimana campuran bahan bakar dan udara mengalami proses kompresi di dalam silinder, dengan adanya tekanan ini bahan bakar dan udara dalam keadaan siap terbakar dan busi meloncatkan bunga listrik sehingga terjadi pembakaran dalam waktu yang singkat sehingga campuran tersebut terbakar habis seketika dan menimbulkan kenaikan suhu dalam ruang bakar.
2. Motor Diesel
10
silinder oleh injector terbakar bersama dengan udara oleh suhu kompresi yang tinggi.
B. Motor Diesel
Motor diesel adalah motor pembakaran dalam (internal combustion engine) yang beroperasi dengan menggunakan minyak berat sebagai bahan bakar dengan suatu prinsip bahan bakar tersebut secara spontan terbakar. Motor diesel terdiri atas dua jenis yaitu motor diesel dua langkah dan motor diesel empat langkah. Mesin diesel dua langkah yang berukuran besar biasanya dipakai sebagai pembangkit daya listrik yang besar dan mesin kapal laut yang besar juga, sedangkan untuk mesin diesel yang berukuran kecil dan sedang dipakai motor bakar diesel empat langkah, dimana biasanya digunakan sebagai mesin mobil berukuran kecil dan juga motor diesel dua langkah yang biasanya digunakan sebagai mesin traktor, truk serta bus (Maleev V.L., terjemahan Priambodo B. 1995).
11
halus bahan bakar ini. Oleh karena itu, pada motor bakar diesel ini tidak dipergunakan busi untuk memantik bahan bakar agar terbakar, seperti halnya pada motor bensin. Untuk lebih jelasnya proses-proses yang terjadi pada motor bakar bensin ini dapat dijelaskan melalui siklus ideal dari siklus udara bahan bakar volume konstan (siklus diesel) seperti yang ditunjukan pada gambar 6 berikut: (Wardono, H. 2004)
Gambar 1. Diagram P – V dari siklus Tekanan Konstan
Proses- proses yang terjadi pada siklus udara bahan bakar tekanan konstan (siklus diesel) adalah sebagai berikut (Wardono, H.,dkk. 2004):
12
Gambar 2. Siklus Mesin Diesel 4 Langkah (Shell. 2005)
1. Langkah hisap (0-1) hanya udara segar yang diisap masuk ke dalam silinder.
2. Kemudian udara segar ini dikompres pada langkah kompresi isentropik (1-2). Di akhir langkah kompresi bahan bakar (solar) diinjeksikan dalam bentuk butiran – butiran halus ke dalam silinder menggunakan injector /
atomizer bertekanan tinggi dan langsung dikontakkan dengan udara terkompres bertemperatur dan bertekanan tinggi. Sesaat kemudian campuran udara terkompres butir halus bahan bakar ini terbakar dengan sendirinya (autoignition).
3. Proses pembakaran (2-3) ini dianggap terjadi pada tekanan konstan. 4. Selanjutnya sama halnya dengan proses yang berlangsung pada motor
13
C. Zeolit
Zeolit menurut asal katanya berasal dari bahasa Yunani, zein yang artinya membuih dan lithos yang artinya batuan. Secara harfiah zeolit berarti batuan yang membuih bila dipanaskan. Zeolit merupakan salah satu mineral atau bahan mineral yang merupakan perpaduan dari kristal-kristal alumino silikat terhidrasi yang di dalamnya mengandung kation alkali dan alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya, dimana ion-ion logam tersebut dapat dipertukarkan oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit. Selain itu zeolit yang strukturnya berpori-pori memiliki kemampuan menyerap air secara reversibel, (Bekkum, 1991).
Zeolit berdasarkan asalnya secara umum dibedakan menjadi dua, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik atau buatan. Zeolit alam adalah zeolit yang diperoleh dengan cara penambangan, zeolit alam yang banyak digunakan saat ini yaitu zeolit
chabazite, erionite, mordenite, dan clinoptilolite, sedangkan zeolit buatan adalah zeolit berasal dari hasil percobaan yang dibuat dari bahan sintetis dan pada umumnya zeolit buatan lebih bersifat hidrofobik (tidak dapat mengadsorbsi air) karena memiliki perbandingan Si/Al yang lebih besar dari 10. Hal ini berbeda dengan zeolit alam yang umumnya kandungan Si/Al kurang dari 10 yang bersifat hidrofilik (dapat mengadsorbsi air). Dalam penelitian ini zeolit yang digunakan untuk pengujian adalah zeolit alam dengan rumus empiris kimia dari zeolit yaitu:
14
Rumus kimia zeolit menunjukkan adanya tiga komponen yang merupakan bagian dari zeolit, yaitu:
1. Kerangka aluminosilikat [(Al2O3)x.(SiO2)y]
2. Logam alkali (Mx/n)
3. Air (wH2O)
Struktur kimia pada zeolit terbentuk dari ikatan Al2O3 dan SiO4 yang saling terikat
satu sama lain akibat dari pemakaian ion oksigen secara bersama-sama dari ion Al dan ion Si. Struktur dari zeolit secara umum dapat dilihat pada Gambar 3, (Bekkum, 1991).
Gambar 3. Struktur bangun ruang zeolit jenis clinoptilolite
1. Pembentukan Zeolit di Alam
15
Zeolit batuan sedimen dapat digolongkan menjadi tiga golongan. Golongan pertama adalah zeolit yang terbentuk di dasar laut karena proses pelapukan batuan vulkanik yang mengandung Si yang sangat reaktif. Contoh zeolit golongan ini adalah filipsit dan clinoptilolite. Golongan kedua adalah zeolit yang terbentuk karena pengendapan garam akibat alterasi debu vulkanik oleh Si yang tidak stabil. Contoh zeolit golongan ini adalah analsim, filipsit, kreonit, kabazit, dan clinoptilolite. Golongan ketiga adalah zeolit yang terdapat dalam lapisan batu vulkanik yang membatu. Ketebalan lapisan ini dapat mencapai beberapa kilometer, tergantung pada kedalaman sedimen dan waktu pembentukannya. Contoh zeolit golongan ini adalah analsim, kabazit,
clinoptilolite, kreonit, mordenit, dan filipsit.
Zeolit batuan metamorfosa terbentuk karena pengendapan batuan metamorfosa pada kedalaman tertentu. Pembentukannya meliputi penggabungan antara CaO Al2O3 (Mg, Fe) O SiO2 H2O. Zeolit jenis
ini memiliki kandungan air yang tinggi. Contoh zeolit batuan metamorfosa adalah analsim, wairakit, mordenit, heulandit, dan lanmortit. (Bekkum, 1991)
2. Kelebihan dari Zeolit
16
1. Sifat dehidrasi (melepaskan molekul H20)
Apabila dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah mempunyai posisi yang spesifik
dan dapat dikeluarkan secara reversibel.
2. Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul
Dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi. mudah melepas air akibat pemanasan, tetapi juga mudah mengikat kembali molekul air dalam udara lembab. Oleh sebab sifatnya tersebut maka zeolit banyak digunakan sebagai bahan pengering.
17
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, diantaranya:
1. Dehidrasi
Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat jerapannya. Keunikan zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam didalam pori-porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong (Barrer, 1982).
2. Penyerapan
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penjerap gas atau cairan (Khairinal, 2000).
3. Penukar Ion
Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang P, dkk, 1995).
4. Katalis
18
molekular dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Bambang P, dkk, 1995).
5. Penyaring / pemisah
Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan zeolit mempunyai ruang hampa yang cukup besar. Molekul yang berukuran lebih kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang hampa akan ditahan (Bambang P, dkk, 1995).
Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa zeolit alam mampu dimanfatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri. Zeolit mampu menjerap berbagai macam logam, antara lain Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba, Ca, Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001).
Zeolit dengan bentuknya yang menyerupai sarang lebah yang berongga mempunyai kemampuan dalam mengadsorbsi, dimana zeolit dapat digunakan untuk menyerap bermacam material. Dalam hal ini zeolit digunakan untuk menyerap N2 dan H2O. Zeolit dalam mengadsorbsi molekul yang diserapnya
19
Ukuran molekul
Berdasarkan ukuran molekul artinya apabila ukuran molekul adsorbat lebih besar dari ukuran pori zeolit maka molekul adsorbat tersebut tidak bisa melewati pori zeolit. Zeolit jenis klinoptilolit memiliki ukuran diameter pori 4 A0 sedangkan dalam udara N2 yang berbentuk elips
memiliki panjang sumbu mayor 4,1 A0 dan sumbu minor 3 A0. O2 yang
juga berbentuk elips memiliki panjang sumbu mayor 3,9 A0 dan minor 2,8 A0 sehingga N2 yang berdiameter mayor akan terikat dan tidak
dapat melewati pori zeolit sedangkan N2 yang berdiameter minor dan
O2 dengan mudah melewati pori zeolit (Bekkum, 1991).
Selektifitas permukaan
Selektifitas permukaan artinya sifat dari molekul gas seperti gas N2
yang mempunyai 4 kutub (quadropole) lebih mudah ditangkap oleh zeolit dibandingkan gas O2 yang mempunyai 2 kutub (Bekkum H.V.,
20
(1). Berdasarkan perbedaan ukuran (2). Sifat zeolit yang selektif terhadap
molekul polar molekul
Gambar 4. Analogi N2 yang terikat oleh zeolit
3. Aktivasi Zeolit
Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900o C, maka kristal zeolit yang bersnagkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (adsorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa dengan menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.
21
berdasarkan ukuran garis tengah molekul ruang hampa. Apabila ada dua molekul atau lebih yang dapat melintas, tetapi karena adanya pengaruh kutub atau hubungan antara molekul zeolit itu sendiri dengan molekul zat yang diserap, maka hanya sebuah saja yang diloloskan, sedang yang lain ditahan atau ditolak. Molekul yang berkutub lebih atau tidak jenuh akan lebih diterima daripada yang tidak berkutub atau yang jenuh. (Dwi Karsa Agung Rakhmatullah, dkk, 2007)
Fungsi zeolit alam sebagai penukar ion, adsorben, daya saring molekular, dan katalis belum memberikan hasil yang maksimum. Untuk itu perlu dilakukan modifikasi terhadap zeolit alam untuk meningkatkan kemampuannya dengan cara memberikan beberapa perlakuan (aktivasi). Proses aktivasi zeolit alam dapat dikelompokkan dalam tiga cara, yaitu:
Pengaktivasian zeolit alam ada 3 macam, yaitu :
(1) Aktivasi kimia
Aktivasi kimia adalah pengaktifasian dengan menggunakan bahan-bahan kimia, baik berupa asam ataupun basa. Fungsi asam atau basa adalah untuk mencuci kation-kation yang mengotori permukaan zeolit. Bahan kimia yang dapat digunakan untuk proses aktivasi zeolit alam adalah larutan asam (H2SO4, HCl dan HNO3) dan larutan basa (NaOH dan KOH)
22
serta melarutkan beberapa logam alkali dan alkali tanah sehingga dapat terbentuk zeolit-H+ atau zeolit-Na+ (Hendri, 2000).
Proses pertukaran kation pada aktivasi kimia dapat ditunjukkan sebagai berikut :
Zeolit-Mn + H2SO4 Zeolit-H+ + MnSO4
Zeolit-Mn + NaOH Zeolit-Na+ + MnOH
Kondisi optimum pengaktifan zeolit dengan larutan asam adalah dengan menggunakan larutan H2SO4 0,2 N dengan lama pengadukan 45 menit
yang dapat meningkatkan luas permukaan zeolit dari 38,11 m2/g menjadi 53,23m2/g serta juga meningkatkan daya adsorbsi zeolit dari 82,07 ppm menjadi 90,22 ppm (Humam.1996). Bila larutan H2SO4 makin pekat dan
perendaman makin lama, maka dapat menyebabkan dealuminasi yaitu terlepasnya sejumlah Al dalam kerangka zeolit (Al framework) menjadi aluminium di luar kerangka (Al non framework) zeolit. Hal itu disebabkan larutan asam H2SO4 dapat bereaksi dengan aluminium sehingga
Aluminium dalam zeolit dapat terekstrak oleh adanya perendaman dalam H2SO4.
(2) Aktivasi fisik
23
untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah.
(3) Aktivasi gabungan
Aktivasi gabungan adalah pengaktivasian zeolit alam secara kimia dan fisik. Setelah di aktivasi secara kimia, maka zeolit dilanjutkan dengan aktivasi fisik. Dimana suhu optimum untuk pemanasan pada aktivasi gabungan adalah 325ºC selama 2 jam pada sistem vakum (Mahdi, 2006).
D. Pembuatan Zeolit Pellet
Zeolit yang telah halus, kemudian dicampur dengan aquades hinga kalis. Setelah itu, campuran zeolit tersebut dicetak (ditekan), pada awalnya proses pencetakan akan menggunakan mesin uji servohidrolik. Namun, Pada saat penelitian dilakukan mesin uji servohidrolik dalam keadaan rusak dan tidak dapat digunakan. Oleh karena itu, zeolit dicetak (ditekan) secara manual dengan memberikan pembebanan sebesar 5 kg dengan ketinggian 1 meter. Variasi kerapatan diperoleh yaitu dengan memberikan variasi berat zeolit per tablet sebesar 2 gram, 2,3 gram, dan 2,5 gram dengan pembebanan (dalam penelitian ini digunakan sebesar 5 kg) dan ketinggian (1 meter) yang sama tetapi lubang pada cetakan digunakan berdasarkan berat zeolit per tablet.
24
gram ditimbang campuran tadi seberat 2,3 gram untuk dimasukkan pada masing-masing lubang digunakan lubang cetakan hanya 4 lubang. Sedangkan untuk zeolit sebesar 2,5 gram ditimbang campuran tadi seberat 2,5 gram untuk dimasukkan pada masing-masing lubang dan hanya digunakan lubang pada cetakan sebanyak 1 lubang.
Hal tersebut dilakukan untuk mengindikasikan kerapatan zeolit per tablet yang dihasilkan. Selanjutnya, zeolit pellet hasil cetakan diletakkan di temperatur ruangan (secara alami) hingga zeolit kering, hal ini dilakukan untuk mengurangi kadar uap air yang terdapat pada zeolit.
E. Teori Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia dimana beberapa elemen dari bahan bakar seperti hidrogen dan karbon bercampur dengan udara membebaskan energi panas dan menyebabkan kenaikan temperatur gas. Pada motor bakar bensin, campuran udara-bahan bakar dibentuk di dalam karburator sehingga campuran udara-bahan bakar menjadi campuran yang homogen. Pada campuran yang homogen, molekul dari udara dan bahan bakar terdistribusi seragam. Pada proses pembakaran, loncatan api listrik busi merambat ke campuran udara-bahan bakar yang homogen dan membakar campuran tersebut. Reaksi kimia pembakaran yang ideal adalah seperti berikut:
25
Pada reaksi pembakaran di atas dapat dilihat bahwa nitrogen tidak berpartisipasi dalam reaksi pembakaran. Untuk reaksi pembakaran yang sebenarnya reaksi kimianya adalah sebagai berikut:
CxHy + (O2 + 3,773N2) CO2 + H2O + N2 + CO + NOx + HC
Selain CO2, H2O, dan N2 yang dihasilkan dari pembakaran terdapat juga gas-gas
lain, yaitu CO, NOx, dan UHC (unburned hydrocarbons).
Proses pembakaran merupakan suatu reaksi fasa gas yang eksotermis dan berlangsung sangat cepat, dimana oksigen adalah salah satu reaktannya. Oksigen adalah satu-satunya unsur di dalam udara yang dibutuhkan untuk membakar molekul-molekul bahan bakar. Proses pembakaran sempurna (terbakarnya seluruh partikel bahan bakar) hanya dapat terjadi apabila seluruh partikel bahan bakar beroksidasi dengan oksigen yang cukup untuk membentuk hanya CO2 dan H2O.
Bila oksigen yang disuplai tidak cukup, maka partikel karbon tidak akan seluruhnya beroksidasi dengan partikel oksigen untuk membentuk CO2, akibatnya
terbentuklah produk pembakaran yang lain seperti karbon monoksida (CO), dan gas buang yang lain seperti UHC (unburned hydrocarbons). Kalau terbentuk CO, maka jumlah energi panas yang dilepaskan pada proses pembakaran di dalam ruang bakar menjadi lebih kecil (± 30%) dari energi panas yang ditimbulkan bila CO2 yang terbentuk.
Sedangkan gas nitrogen (N2) yang masuk ke dalam ruang bakar akan tetap
menjadi N2 setelah pembakaran dan yang sebagian pada temperatur yang sangat
tinggi bersama oksigen membentuk nitrogen oksida (NOx), dimana gas tersebut
26
Oleh karena itu, dengan penggunaan zeolit yang mampu mengikat gas nitrogen dan gas-gas lain yang terkandung dalam udara diharapkan kandungan gas nitrogen dan gas-gas lain menjadi berkurang sehingga proses pembakaran menjadi lebih baik. Dalam hal ini, zeolit berfungsi sebagai penyaring udara yang akan masuk ke dalam ruang pembakaran sehingga udara yang masuk ke ruang pembakaran mempunyai kandungan oksigen yang tinggi dan pembentukan gas CO, NOx, dan
UHC yang menimbulkan polusi dapat dikurangi. Proses adsorpsi udara dengan menggunakan zeolit dapat diilustrasikan seperti skema berikut:
Gambar 5. Proses adsorpsi udara oleh zeolit
Keterangan Gambar 4:
Udara1 = aliran udara menuju zeolit
Udara2 = aliran udara setelah melewati zeolit
27
Dari proses adsorpsi di atas, besar dari koefisien p<a, q<c, dan r<d.
F. Perhitungan Prestasi Motor Bakar
Parameter operasi sangat erat hubungannya dengan prestasi mesin. Besar kecilnya harga parameter operasi akan mempengaruhi tinggi rendahnya prestasi mesin yang dihasilkan. Parameter operasi yang umum dipergunakan dalam menganalisis prestasi mesin adalah daya engkol, laju pemakaian bahan bakar, laju pemakaian bahan bakar spesifik engkol, laju pemakaian udara, perbandingan udara-bahan bakar, tekanan efektif rata-rata engkol, efisiensi termal engkol, efisiensi volumetrik, hilang panas pada gas buang, dan koefisien udara lebih. Parameter prestasi yang cukup berperan adalah daya engkol sebagai kerja yang dihasilkan dari motor bakar, dimana semakin besar daya engkol yang dihasilkan semakin baik prestasi motor bakar.
28
1. Daya Engkol
Daya engkol adalah daya output yang berguna untuk menggerakkan sesuatu atau beban. Untuk mengetahui besarnya daya engkol dari motor digunakan persamaan:
2. Laju Pemakaian Bahan Bakar
Laju pemakaian bahan bakar adalah banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi tiap satuan waktu. Laju pemakaian 8 ml bahan bakar (mf) dapat dihitung
Dalam hal ini t adalah waktu pemakaian 8 ml bahan bakar.
3. Laju Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Engkol
Pemakaian bahan bakar spesifik (specific fuel consumption) menyatakan seberapa besar daya yang dihasilkan oleh suatu mesin setelah menghabiskan sejumlah bahan bakar dalam selang waktu tertentu. Dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
bsfc = bP mf
29
G. Kekerasan (Hardness)
Kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi dengan sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap deformasi plastis atau deformasi permanen, kekerasan sering diartikan juga sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu benda. Tiga jenis pengujian kekerasan yang lazim digunakan yaitu pengujian kekerasan Brinell digunakan pertama kali oleh J.A Brinell pada tahun 1900, pengujian kekerasan Vickers, dan pengujian kekerasan Rockwell
(Badaruddin, 2003).
Pengujian Kekerasan Vickers
Pada penelitian ini, pengujian kekerasan yang digunakan yaitu pengujian kekerasan vickers dengan nilai kekerasan yang dinyatakan dalam Hardness Vickers Number (HVN). Pengujian kekerasan vickers menggunakan indentor piramid dari intan. Sudut permukaan indentor adalah 136o. Pemilihan sudut karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji Brinell. Lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan harus berbentuk bujur sangkar (gambar 6).
Gambar 6. Lekukan Hasil Pengujian Vickers
d2
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Alat dan Bahan Pengujian
1. Spesifikasi Motor Diesel 4-Langkah
Dalam penelitian ini, mesin uji yang digunakan adalah motor diesel empat langkah satu silinder dengan spesifikasi sebagai berikut:
Merk/Type : ROBIN – FUJI DY23D
Jenis : Motor Diesel, 1 silinder
Posisi katup : Diatas
Valve rocker clearance : 0,10 mm (Dingin) Volume Langkah Torak : 230 cm3
Langkah Torak : 60 mm
Diameter Silinder : 70 mm
Perbandingan Kompresi : 21
Torsi Maksimum : 10,5 Nm pada 2200 rpm
Daya Engkol Maksimum : 3,5 kW pada 3600 rpm
Putaran Maksimum : 3600 rpm
Waktu Injeksi Bahan-Bakar : 23˚ BTDC
31
Gambar 7. Motor Diesel ROBIN – FUJI DY23D
2. Alat yang digunakan
Berikut adalah alat-alat yang digunakan selama penelitian a. Dinamometer Hidraulik
Dinamometerhidraulik digunakan untuk mengukur torsi saat pengujian. b. Unit Instrumentasi TD 114
Unit instrumentasi TD 114 yang merupakan panel hasil pengukuran putaran mesin, torsi, temperatur gas buang, laju pemakaian bahan bakar dan laju pemakaian udara pembakaran.
32
Gambar 8. Unit Instrumentasi TD 114
c. Tempat Zeolit
Merupakan tempat zeolit yang diletakkan pada saluran udara masuk bagian luar.
33
d. Cetakan Zeolit Pellet
Cetakan zeolit pellet digunakan untuk membentuk zeolit menjadi bentuk pellet (tablet) seperti pada gambar 8.
(a) (b)
Gambar 10. (a) Cetakan zeolit pellet tekan bagian atas (b) Cetakan zeolit pellet tekan bagian bawah
e. Beban
Beban digunakan untuk menekan zeolit serbuk dari ketinggian 1 meter, sehingga dapat membentuk menjadi pellet (tablet).
Gambar 11. Beban
34
f. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur berat zeolit sebelum dilakukan pengujian.
Gambar 12. Timbangan Digital
g. Sarung Tangan Karet
Sarung tangan karet digunakan untuk melindungi zeolit dari kotoran pada saat dilakukan pengadukan zeolit dengan air aquades.
Gambar 13. Sarung Tangan Karet
h. Tachometer
Tachometer digunakan untuk mengukur putaran mesin saat pengujian.
35
i. Alat Pengujian Kekerasan Leco MicroHardness
Alat pengujian kekerasan Leco MicroHardness digunakan untuk menguji kekerasan zeolit pellet.
Gambar 15. Alat Pengujian Kekerasan Leco MicroHardness
(www. azom.com, 2009)
j. Termometer Air Raksa
Termometer air raksa ini digunakan untuk mengetahui temperatur ruangan saat pengujian.
k. Gelas Ukur 500 ml.
Gelas ukur 500 ml digunakan untuk mengukur volume air aquades sebelum dicetak.
36
l. Oven
Digunakan untuk melakukan aktivasi fisik zeolit pellet tekan.
Gambar 17. Furnace
m. Motor Pengaduk
Digunakan untuk mengaduk campuran antara zeolit, aquades dan NaOH.
3. Bahan Utama
a. Zeolit Alami
Zeolit alami yang digunakan berbentuk bubuk dengan jenis clinoptilolite
yang ditambang dari daerah Sidomulyo, Lampung Selatan, dengan komposisi kimia 76,95 % SiO2; 8,9 % Al2O3; 0,12% Fe2O3; 1,5 % CaO; 1,21 % MgO;
1,88 % K2O; 2,02 % Na2O (Hendri, 2000).
b. Air Aquades
37
c. NaOH
NaOH yang digunakan berbentuk solid yang berada di laboratorium.
B. Persiapan Zeolit
Penelitian ini mengambil 3 variasi kerapatan zeolit pellet (dengan berat per pellet
2 gram, 2,3 gram, 2,5 gram) dan 3 variasi berat zeolit pellet yang diletakkan pada saringan di saluran udara masuk mesin (25 gram, 50 gram dan 100gram), hal ini dilakukan untuk mengindikasikan kerapatan dari zeolit. Ukuran diameter zeolit
pellet yang digunakan sesuai dengan ukuran cetakan, yaitu diameter 16 mm dan tebal pellet 5.5 mm.
C. Prosedur Pengaktivasian Zeolit
Berikut ini adalah langkah-langkah pengaktivasian NaOH-fisik:
1. Mempersiapkan zeolit, larutan NaOH, aquades, neraca, labu erlenmeyer, motor pengaduk, saringan, dan furnace.
2. Mencampur zeolit, aquades, dan NaOH dengan perbandingan 1:1:0,1, 100 gr zeolit, 100 ml dan 10 gr NaOH (aktivasi kimia).
3. Mengaduk campuran zeolit dan larutan NaOH dengan menggunakan motor pengaduk sampai rata.
4. Dibilas dengan aquades untuk menetralkan pH kembali. 5. Mengeringkan secara alami.
6. Menimbang dengan tiga varian berat (2, 2,3, 2,5 gr). 7. Mencetak zeolit menjadi bentuk pellet.
38
9. Memanaskan zeolit pellet dengan furnace pada temperatur 325°C selama 2 jam (aktivasi fisik).
D. Pencetakan Zeolit menjadi Pellet
39
Gambar 18. Diagram Alir Persiapan dan Pengaktivasian Pengeringan Zeolit Pellet secara
Penimbangan zeolit pellet tekan
Penyimpanan
Selesai Mulai
Persiapkan Alat dan Bahan
Mencampurkan zeolit dengan air aquades
Pembentukan Zeolit
Pencampuran Zeolit dengan Air, Aquades dan NaOh (Aktivasi Kimia) dan Pembilasan dengan Aquades
Pembentukan Zeolit menjadi Pellet
Pengeringan Zeolit secara Alami
40
E. Prosedur Pengujian pada Mesin Diesel 4-tak 1 Silinder
1. Pengkalibrasian Torsimeter TD114
Sebelum melakukan pengujian mesin, torsimeter harus dinolkan dan dikalibrasi terlebih dahulu. Adapun caranya adalah sebagai berikut:
1. Menghubungkan unit instrumentasi TD114 ini dengan arus listrik dan menghidupkan unit instrumentasi TD114 tersebut.
2. Memutar span control hingga posisi maksimum (searah putaran jarum jam).
3. Dinamometer diguncangkan untuk mengatasi kekakuan seal bantalannya. Vibrasi terjadi secara otomatis bila mesin berputar.
4. Memutar zero control hingga torsimeter terbaca nol.
5. Dinamometer diguncangkan lagi untuk memeriksa keakuratan posisi nol tersebut.
6. Menggantungkan beban sebesar 3,5 kg pada lengan dinamometer tersebut. 7. Memutar span control hingga torsimeter TD114 menunjukkan 8,6 Nm. 8. Dinamometer diguncangkan lagi hingga pembacaan torsimeter stabil. 9. Beban 3,5 kg tadi disingkirkan dan mengulangi langkah-2 hingga langkah-8
agar penyetelan zero control dan span control benar-benar akurat.
2. Variabel-Variabel Operasi
41
a. Putaran mesin, rpm b. Torsi, Nm
c. Pemakaian bahan bakar, kg/kWh d. Pemakaian udara, kg/jam
e. Temperatur gas buang, C f. Temperatur udara masuk, C g. Tekanan udara masuk, Pa
F. Prosedur Pengujian Leco Microhardness
Dikarenakan alat uji kekerasan rockwell yang terdapat dilaboratorium material Teknik Mesin - Universitas Lampung terlalu besar (2 kg), sehingga zeolit
pellet tekan tidak mampu menerima beban tersebut dan mengalami keretakan sebelum diperoleh nilai kekerasannya. Oleh karena itu, pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji MicroHardness yang terdapat dilaboratorium Metalurgi Fisika dan Keramik-Institut Teknologi Bandung dengan beban kecil (100 gram).
Berikut ini prosedur pengujian LecoMicroHardness:
a. Menghubungkan alat pengujian Leco MicroHardness dengan arus listrik 220 V.
b. Mengatur pengukuran lensa objective pada 40x sebelum dan sesudah pengukuran.
c. Memilih beban yang diperlukan (100 gram). d. Menempatkan spesimen uji dimeja objek.
42
f. Menempatkan indentor tepat diatas sample spesimen uji dengan cara memutar turret.
g. Menekan tombol start (tunggu sampai loadinglamp mati).
h. Memutar kembali turret ke perbesaran semula, sehingga tampak lekukan hasil pengujian.
i. Memutar knobs kiri kemudian putar knobs kanan, sehingga tampak lekukan hasil pengujian dengan dua garis dimasing-masing ujung sisi lekukan. j. Menekan d-input, kemudian putar d2 dengan cara yang sama (arah
measuring knobs vertikal).
k. Mendapatkan nilai d1, d2 dan kekerasannya (HVN).
l. Melakukan uji selanjutnya untuk variasi zeolit pellet yang lain.
G. Pengambilan Data
Setelah proses kalibrasi torsimeter TD 114 selesai, mesin dihidupkan selama kurang lebih 10 menit untuk proses pemanasan mesin hingga keadaan stabil. Pengambilan data dimulai dengan meletakkan beban pada dinamometer, beban yang digunakan adalah konstan, sebesar 2,5 kg. Dan variasi putaran mesin yang digunakan adalah 1500, 2000, 2500 dan 3000 rpm. Variasi berat zeolit per tablet yang digunakan dalam pengujian adalah sebesar 2 gram, 2,3 gram, dan 2,5 gram.
43
adalah pengambilan data menggunakan tanpa zeolit, zeolit granular dengan berat 100 gr, zeolit pellet aktivasi kimia-fisik berat per tablet 2,3 gr dengan tiga variasi berat (25, 50, 100 gr). Tahap ketiga adalah pengambilan data menggunakan tanpa zeolit, zeolit granular dengan berat 100 gr, zeolit pellet
aktivasi kimia-fisik berat per tablet 2,3 gr dengan tiga variasi berat (25, 50, 100 gr). Dalam hal ini zeolit granular dan pellet tekan diletakkan di saluran udara masuk sehingga udara yang masuk ke ruang bakar melewati zeolit dan mengalami proses adsorbsi yang dilakukan oleh zeolit pellet tekan, setelah torsi stabil dan putaran mesin stabil maka data diambil.
Berikut ini adalah langkah-langkah pengambilan data:
1. Memanaskan mesin diesel kurang lebih 10 menit.
2. Mencatat data mesin normal atau tanpa menggunakan zeolit pada saluran udara masuk, pada putaran mesin 1500, 2000, 2500, 3000 rpm dengan bantuan tachometer. Data yang dimaksud adalah parameter-parameter yang terdapat pada bacaan instrumentasi TD 114 seperti torsi (mencatat setelah stabil), thermometer gas buang, manometer mmH2O, dan waktu
pemakaian bahan bakar 8 ml dengan bantuan stopwatch.
3. Mengulang data sebanyak tiga kali pada tiap putaran mesin. Jadi, ada 12 data setiap variasi.
4. Melakukan pengambilan data kedua dengan memasang zeolit granular
44
5. Melakukan pengambilan data ketiga dengan memasang zeolit pellet
seberat 25 gr (berat per pellet 2 gr) dan mencatat datanya dengan prosedur yang sama dengan pengambilan data sebelumnya.
6. Melakukan pengambilan data ketiga dengan memasang zeolit pellet
seberat 50 gr (berat per pellet 2 gr) dan mencatat datanya dengan prosedur yang sama dengan variasi sebelumnya.
7. Melakukan pengambilan data ketiga dengan memasang zeolit pellet
seberat 100 gr (berat per pellet 2 gr) dan mencatat datanya dengan prosedur yang sama dengan pengambilan data sebelumnya.
8. Pada langkah pertama hingga ketujuh, mesin tidak boleh mati. Setelah pengambilan data terakhir selesai, maka mesin distirahatkan minimal 30 menit.
9. Mengulangi langkah 2 - 8 dengan perbedaan berat per pellet 2,3 gr. 10. Mengistirahatkan mesin minimal 30 menit.
45
Gambar 19. Diagram Alir Pengambilan Data
46
47
H. Analisa Data
48
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Setelah dilakukan pengujian, maka didapatkan data yang merupakan parameter-parameter dari daya engkol dan laju pemakaian bahan bakar spesifik yang kemudian digunakan untuk perbandingan antara kinerja mesin tanpa zeolit, kinerja yang menggunakan zeolit granular dan zeolit pellet yang telah diaktivasi NaOH-fisik dengan variasi berat, dan berat zeolit.
49
Tabel 2. Data Hasil Pengujian Penelitian
Zeolit : 0 gr (Tanpa Zeolit) Bahan bakar : Solar
50
3) Laju Pemakaian b.bakar Spesifik Daya Engkol
(Bsfc), kg/kWh 0,131 0,127 0,130 0,134
Daya engkol dan laju pemakaian bahan bakar spesifik diatas, kemudian dibandingkan berdasarkan variasi berat zeolit pellet, berat zeolit pellet yang digunakan. Data-data hasil perhitungan diatas disajikan dalam bentuk grafik. Contoh perhitungan laju pemakaian bahan bakar spesifik dan daya engkol dapat dilihat pada lampiran.
B. Pembahasan
Pada penelitian ini, pengaruh dari pemanfaatan zeolit pellet terhadap daya engkol dan laju laju pemakaian bahan bakar spesifik daya engkol dilihat dari perbedaan berat zeolit pellet yang digunakan, membandingkan zeolit granular dengan zeolit
51
1. Zeolit Pada Kemasan Sebagai Adsorben
Pada proses pengambilan data, digunakan 5 (lima) variasi terhadap adsorben atau penyaring udara yang diletakkan di saluran udara masuk, sebelum udara memasuki ruang pembakaran. Diantaranya sebagai berikut:
a. Tanpa Zeolit
Tahap pertama pengambilan data tidak menggunakan zeolit sebagai
adsorben. Hal ini berarti, udara masuk ke ruang bakar tidak mengalami penyaringan. Data pada tahap ini, digunakan sebagai acuan perbandingan dengan data yang menggunakan zeolit sebagai adsorben.
b. Zeolit Granular
Untuk pengambilan data pada tahap yang kedua, digunakan zeolit granular
atau zeolit yang berbentuk kerikil dengan ukuran seragam (2,5-3 mm). Hal ini dilakukan untuk dibandingkan dengan zeolit yang dibentuk secara buatan dari serbuk zeolit. Kemasan zeolit granular menggunakan tiga variasi berat (25, 50, dan 100 gr)
c. Zeolit Pellet Tekan 2 Gram
Pengambilan data tahap yang ketiga, digunakan zeolit pellet tekan yang dibentuk dari serbuk zeolit dengan berat 2 gr sebelum aktivasi dan menjadi 1,04 - 1,06 gr setelah aktivasi. Zeolit pellet tekan ini berbentuk tablet dengan dimensi diameter 16 mm dan tebal 5,5 mm. Kemasan zeolit pellet tekan 2 gr menggunakan tiga variasi berat, yaitu:
